[pt] MODELAGEM, VALIDAÇÃO EXPERIMENTAL DE PROTÓTIPO E CARACTERIZAÇÃO METROLÓGICA DE DENSÍMETROS QUE UTILIZAM O PRINCÍPIO DO DESLOCAMENTO DO CENTRO DE CARENA

[en] MODELING, EXPERIMENTAL VALIDATION OF PROTOTYPE AND METROLOGICAL CHARACTERIZATION OF DENSIMETERS THAT USE THE PRINCIPLE OF DISPLACEMENT OF THE CENTER OF BUOYANCY

[pt] RONAN ALVES DA PAIXAO

[pt] METROLOGIA

[pt] CENTRO DE CARENA

[pt] CARACTERIZACAO METROLOGICA

[pt] MASSA ESPECIFICA

[pt] DENSIMETRO

[en] METROLOGY

[en] CENTER OF BUOYANCY

[en] METROLOGICAL CHARACTERIZATION

[en] SPECIFIC GRAVITY

[en] DENSIMETER

[pt] No âmbito das cervejarias artesanais, foi recentemente inventado um medidor de densidade de líquidos que opera por um princípio incomum: o do deslocamento do centro de carena. Esse medidor obtém suas medições a partir da sua própria inclinação enquanto está flutuando, mas sua implementação original converte as medidas do acelerômetro em medidas de massa específica por uma regressão polinomial. Contudo, ele não faz correções de temperatura, de forma que a influência dessa grandeza é desconsiderada na regressão. Adicionalmente, o medidor não indica qual a sua incerteza de medição. Esta dissertação teve como objetivos criar um modelo matemático do fenômeno, que não foi localizado na bibliografia existente; utilizar o modelo para a obtenção de uma estimativa da incerteza de medição, comparando as metodologias de incerteza do GUM e a que utiliza o método de Monte Carlo do Suplemento 1 e utilizando a segunda abordagem para validar a primeira; executar experimentos com um protótipo de um medidor desse tipo, comparando os resultados com um densímetro de laboratório; e realizar a caracterização metrológica do medidor. Todos esses objetivos foram cumpridos, sendo que a caracterização incluiu: sugestões de procedimentos de calibração e de medição; os resultados do experimento, incluindo a distribuição esperada na saída, com média Peso de um objeto – para um sólido rígido = 1,0500 g/cm(3) e incerteza expandida máxima de U95 por cento(p) = U95 por cento(1,0000) = 0,0028 g/cm(3) (fator de abrangência k = 1,96) no intervalo de medição entre 1,0000 g/cm(3) e 1,1000 g/cm(3); equações para a estimativa da incerteza de medidores desse tipo; a estimação de uma curva de incerteza para a faixa de calibração, segundo as medições de calibração; as contribuições de cada grandeza de entrada sobre a incerteza estimada de saída e algumas sugestões de como o medidor poderia ser modificado para melhorar o resultado.

[en] In the context of craft breweries, a recently invented liquid density meter works by leveraging an unusual principle: the displacement of the center of buoyancy. This meter obtains its measurements from its own tilt while it is floating, but its original implementation converts the accelerometer measurements into density measurements with a polynomial regression. However, it doesn t make temperature corrections, so that the influence of this quantity is disregarded in the regression. Additionally, the meter does not indicate its measurement uncertainty. The objective of this dissertation was to create a mathematical model of the phenomenon, which was not found in the existing bibliography; use the model to obtain an estimate of the measurement uncertainty, comparing the uncertainty methodologies of the GUM and the one that uses the Monte Carlo method of its Supplement 1 and using the second approach to validate the first; perform experiments with a prototype of such a meter, comparing the results with a laboratory densimeter; and perform the metrological characterization of the meter. All these objectives were met, and the characterization included: a suggestion of calibration and measurement procedures; the results of the experiment, including the expected output distribution, with mean of Weight of an object – for a rigid solid= 1.0500 g/cm(3) and maximum expanded uncertainty U95 percent(p) = U95 percent(1.0000) = 0.0028 g/cm(3) (k = 1.96 coverage factor) in the measurement range between 1.0000 g/cm(3) and 1.1000 g/cm(3); equations for estimating the uncertainty of this type of meter; the estimation of an uncertainty curve for the calibration range, according to the calibration measurements; the contributions of each input quantity to the estimated output uncertainty and some suggestions on how the meter could be modified to improve the result.

ELCIO CRUZ DE OLIVEIRA

CARLOS ROBERTO HALL BARBOSA

ELCIO CRUZ DE OLIVEIRA

LUIZ VICENTE GOMES TARELHO

PAULO FERNANDO FERREIRA ROSA

2022-07-04

2022-04-29

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.59871